通過對單管共射放大電路的分析和計算,使得放大電路的組成原則更明確和具體了。放大的關鍵是發(fā)揮晶體管的控制作用。在共射電路中,晶體管的b-e為輸入端,c-e為輸出端,利用iB對iC的控制作用,實現(xiàn)了電流放大和電壓放大。有沒有其他的控制關系呢?比如,能不能用iB去控制iE?用iE去控制iC?用iC去控制iE?在實現(xiàn)這些控制的過程中,電路能不能得到功率的放大?我們先把這幾種電流控制關系的示意圖表示在下圖中,以便分析和比較。圖a是iB對iC的控制,是以e極為公共端,這就是前面介紹過的共射接法;圖b是iB對iE的控制,以c極為公共端,稱為共集接法;圖c和圖d是共基接法。下面我們分別分析后兩種接法組成的放大電路。
共集放大電路
一。電路的組成
如前所述,電路要能放大,晶體管應工作在放大區(qū),即UBE》0,UBC《0,所以電源和電阻的設置要滿足這些條件。其基本電路如圖所示.VBB和Rb及Re相配合,給晶體管設置合適的基極電流;VCC提供了晶體管的集電極電流和輸出電流。交流信號ui從基極輸入,產生變化的基極電流iB,再通過晶體管得到了放大了的iE,而變化的iE流過電阻Re得到了變化的電壓,從發(fā)射極輸出。對于交流信號來說,集電極是公共端,所以是共集放大電路。
二。 靜態(tài)工作點的計算
我們介紹用等效電路的方法來計算電路的靜態(tài)工作點。我們先畫出原電路的直流通路,如圖所示,然后再將晶體管用簡化直流模型代替,得到如圖所示的等效電路。
根據(jù)圖可以列出方程求解。
輸入回路 VBB=IBQ*Rb+Uon+IEQ*Re=IBQ*Rb+Uon+(1+貝塔)*IBQ*Re
IBQ=(VBB-Uon)/(Rb+(1+貝塔)*Re)
輸出回路 ICQ=貝塔*IBQ
UCEQ=VCC-IEQ*Re約=VCC-ICQ*Re
這樣就很方便地求出靜態(tài)工作點的數(shù)值。
三。 交流性能的計算
如圖為原電路的交流通路,圖b是將圖a的樣子變了一下,使之成為共集的形式。圖c是將圖b中的晶體管用如圖所示的簡化h參數(shù)模型代替后的等效電路。根據(jù)如圖所示的等效電路可算出Au
Au=Uo/Ui=(Ie*Re)/(Ib*(Rb+rbe)+Ie*Re)=(1+貝塔)*Ib*Re/(Ib*(Rb+rbe)+(1+貝塔)*Ib*Re)
=(1+貝塔)*Re/(Rb+rbe+(1+貝塔)*Re)
我們發(fā)現(xiàn):(1)Au是正值。這說明Uo和Ui是同相的;( 1)Au是小于1的,但在(1+貝塔)*Re比(Rb+rbe)大得多的情況下,Au將接近于1.雖然Au略小于1,但它的輸出電流Ie比輸入電流Ib要大很多,因此這個電路仍有功率放大作用由于它的Uo近似等于Ui,二者同相,又因為是從發(fā)射極輸出,所以也被稱為射極輸出電路,或稱為射極跟隨器。它的電壓傳輸特性讀者可自行畫出。電路的輸入電阻Ri是
Ri=Ui/Ii=Ui/Ib=(Ib*(Rb+rbe)+(1+貝塔)*Ib*Re)/Ib
Ri=Rb+rbe+(1+貝塔)*Re
可見共集電路的輸入電阻與共射基本電路的輸入電阻相比要大得多。輸出電阻Ro的計算方法同共射放大電路。我們令Ui=0,在輸出端加電壓Uo,通過Io來求Ro.此時的等效電路如圖所示。從圖中可以看到輸出電阻Ro可以看成是Re和Ro‘的并聯(lián)。其中Ro’是從Re左邊向左看進去的等效電阻。
Ro‘=Uo/(-Ie)=Uo/(-(1+貝塔)*Ib)
由于Uo是接在e-c之間的,Rb+rbe也是接在e-c之間,且流過的電流是Ib,按所設正方向Uo=-(Rb+rbe)*Ib,故
Ro’=(1/(1+貝塔))*(Uo/-Ib)=(1/(1+貝塔))*(Rb+rbe)
因此
Ro=Re//(Rb+rbe)/(1+貝塔)
從上式可以看出,由于發(fā)射極和基極之間有聯(lián)系,Ro不是等于Re而是Re和(Rb+rbe)/(1+貝塔)的并聯(lián)。當Rb,rbe都比較小而貝塔比較大時,Ro‘將要比Re小得多。
例 1-6 如圖所示電路中,VBB=7. 1v,VCC=1 1v,Rb= 1 1k,Re=5k,晶體管的rbb’=100,貝塔=50.試計算Q點及Au,Ri和Ro.
解:由前式可得 IBQ=(7. 1-0.7)/( 1 1+(50+1)*5)約=0.0 14mA
ICQ=1. 1mA,UCEQ=VCC-IEQ*Re約=6v
rbe=rbb‘+(1+貝塔)*UT/IEQ約=1. 1k
Au=(1+貝塔)*Re/(Rb+rbe+(1+貝塔)*Re)=0.9 1
Ri=Rb+rbe+(1+貝塔)*Re= 178. 1k
Ro=Re||(Rb+rbe)/(1+貝塔)=410.
由于共集放大電路的輸入電阻大,輸出電阻小,所以常用來實現(xiàn)阻抗的轉換。輸入電阻大,可使流過信號的電流減小;輸出電阻小,即帶負載能力強;故常用于多級放大電路的輸入級和輸出級。
1.4. 1 共基放大電路
以共基接法組成的放大電路稱為共基放大電路。電路組成原則如前,分析計算方法也如前,故在這里只做簡單的介紹?;痉糯箅娐啡鐖D所示.VEE,VCC的極性保證晶體管處于放大狀態(tài),Re是信號回路的電阻。靜態(tài)工作點可利用直流模型及直流等效電路來計算,這里不再說明,主要介紹交流性能的計算。交流通路和h參數(shù)等效電路如圖所示。根據(jù)圖可得
Au=Uo/Ui=-貝塔*Ib*Rc/-(Ib*rbe+Io*Re)=貝塔*Re/(rbe+(1+貝塔)*Re)
Ri=Ui/Ii=Ui/-Ie=(-Ie*Re-Ib*rbe)/-Ie=Re+rbe/(1+貝塔)
Ro=Rc||Ro’ ,而Ro‘=Uo/貝塔*Ib |Ui=0 = 無窮大。 因此
Ro=Rc
例 1-7 電路如圖所示。設Re=1k,Rc=5k,晶體管的貝塔=50,rbe=1. 1k.試計算Au,Ri和Ro的值。
解: 利用前式可求出
Au=貝塔*Rc/(rbe+(1+貝塔)*Re)=4.8
Ri=Re+rbe/(1+貝塔)=1k
Ro=Rc=5k
根據(jù)上面的計算,共基電路有這幾個特點:(1)當Re=0時,電壓放大倍數(shù)和共射放大電路Rb=0時相同(絕對值均為 貝塔*Rc/rbe),而且是正值,表明輸出與輸入信號同相。( 1)輸入電阻比共射電路的小。(3)輸出電阻與共射電路一樣。共基電路還有一個優(yōu)點,它的頻率響應好,在要求頻率特性高的場合多采用共基電路。在如圖所示的電路中,若與前圖相比較,可見發(fā)射極和集電極是對調了。除了極個別的晶體管具有發(fā)射結和集電結對稱的特點,因此可以實現(xiàn)正常的放大作用外,一般的晶體管在這種情況下,它的貝塔值很小,故放大作用很小甚至不能放大。至于另外以基極作為信號輸出端的接法,由于得不到電流放大所以不被采用。
1.4.3 三種接法的比較
利用晶體管的三種接法可以組成三種基本的放大電路。它們的主要特點及應用大致歸納如下:
1. 共射電路具有較大的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù),同時輸入電阻和輸出電阻適中。所以,在一般對輸入電阻,輸出電阻和頻率響應沒有特殊要求的地方,常被采用。例如低頻電壓放大電路的輸入級,中間級或輸出級。
1. 共集電路的特點是:輸入電阻在三種基本電路中最大;輸出電阻則最小;電壓放大倍數(shù)是接近于1而小于1的正數(shù),具有電壓跟隨的性質。由于具有這些特點,故應用很廣泛。常用于放大電路的輸入級,也常用于電路的功率輸出級。
3. 共基電路的主要特點是輸入電阻小,放大倍數(shù)和共射電路差不多,頻率特性好。常用于寬頻放大器.